截至北京時(shí)間2020年5月6日21：00，全球新冠肺炎患者已經(jīng)累計(jì)達(dá)到3751966人，并造成了259209人的死亡。近距離飛沫傳播、接觸傳播和氣溶膠傳播是新冠肺炎的三種主要傳播方式，而這三種傳播方式均需要經(jīng)過(guò)呼吸道才能達(dá)到新宿主的肺部，然后形成感染。因此，佩戴口罩是降低傳感風(fēng)險(xiǎn)的最佳途徑。目前防護(hù)效果較好的口罩為N95型口罩，然而，由于疫情在全球的肆虐導(dǎo)致N95口罩需求量的猛增以及N95口罩生產(chǎn)鏈被破壞導(dǎo)致的供應(yīng)大幅度降低，目前在疫情嚴(yán)重的國(guó)家，N95口罩已成奢侈品，出現(xiàn)了大量供不應(yīng)求的情況。為了緩解這一嚴(yán)峻的情況，就連美國(guó)總統(tǒng)特朗普也認(rèn)識(shí)到了：給N95口罩消毒可以增加口罩的使用次數(shù)！那么，哪些消毒方法既可以保證N95口罩的防護(hù)效果，又適用于大部分普通家庭的條件呢？
針對(duì)這一問(wèn)題，斯坦福大學(xué)崔屹教授研究團(tuán)隊(duì)在最新一期的《ACS Nano》中給出了答案：
(1)?簡(jiǎn)單的加熱處理(溫度介于75~100℃，時(shí)間介于5~30min，溫度越低，則處理時(shí)間越長(zhǎng))可以很好地保持N95口罩的過(guò)濾效率(＞95%)。如在溫度為85℃、濕度為30%的條件下處理20次(每次20 min)后，N95口罩的過(guò)濾效率仍達(dá)96.79 %。
(2)?紫外輻射處理(254 nm，8W)可以在低循環(huán)次數(shù)條件下保持N95口罩的過(guò)濾效率。當(dāng)循環(huán)處理次數(shù)超過(guò)10次后，過(guò)濾效率開(kāi)始大幅度下降；經(jīng)過(guò)20次處理后，N95口罩的過(guò)濾效率僅為93%。
(3)?將N95口罩直接浸泡在消毒溶液中會(huì)大幅度降低口罩的過(guò)濾效率。如將N95口罩浸泡在75%的酒精中后迅速拿出、烘干，口罩的過(guò)濾效率降低至56.33 %。
這項(xiàng)研究對(duì)幾種居家的殺毒滅菌方法進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估，給出了N95口罩較佳消毒方法的建議。這在感染迅速蔓延的時(shí)期，對(duì)于緩解N95口罩短缺的壓力具有積極的促進(jìn)作用。該研究以題為“Can N95 Respirators Be Reused after Disinfection? How Many Times?”的論文發(fā)表在《ACS Nano》上。(后附原文鏈接)
【N95口罩結(jié)構(gòu)與防護(hù)原理】
N95的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或定義是對(duì)0.3 um的NaCl氣溶膠粒子實(shí)現(xiàn)＞95%的阻隔。N95口罩的阻隔層由上下的支撐(或保護(hù))層微米纖維無(wú)紡布和中間的PP熔噴布組成，其中，PP熔噴布是N95口罩防護(hù)的核心材料。從SEM圖可以看出來(lái)，PP熔噴布是由之間介于1~10um的纖維組成的，同時(shí)中間還有較大的間隙，以保證口罩的透氣性。但是新冠病毒的大小約只有150nm，那么含有較大間隙的N95口罩是如何來(lái)對(duì)病毒進(jìn)行有效的阻隔呢？其實(shí)這主要源自于PP熔噴布纖維表面的大量電荷！在組裝成口罩前，熔噴布會(huì)通過(guò)電暈或摩擦等處理工序來(lái)使熔噴布纖維表面和內(nèi)部富集較多的靜電電荷，這些靜電電荷可以增強(qiáng)口罩對(duì)小粒子的吸附。因此，口罩的消毒處理過(guò)程中只要沒(méi)有破壞纖維的本體結(jié)構(gòu)和表面電荷，其防護(hù)性能基本都可以得到很好的保持。
【不同消毒方式對(duì)N95口罩防護(hù)性能的影響】
作者首先使用幾種家庭中常用的消毒方法/試劑對(duì)PP熔噴布進(jìn)行了第一次處理，結(jié)果如圖2所示。作者發(fā)現(xiàn)將PP熔噴布與溶液性消毒劑(實(shí)驗(yàn)中使用到酒精和NaClO消毒液)直接接觸會(huì)大幅度降低熔噴布的過(guò)濾效率，如75%的酒精溶液處理后過(guò)濾效率下降至56.33%。而測(cè)試中壓降很小，說(shuō)明整個(gè)消毒處理過(guò)程中消毒溶液未破壞熔噴布纖維的本體結(jié)構(gòu)；因此，這種處理方式導(dǎo)致熔噴布過(guò)濾效率下降的原因在于溶劑分子形成了分子吸附層，導(dǎo)致熔噴布纖維的靜電電荷量下降了。所以，這種用消毒液直接來(lái)對(duì)N95口罩消毒的方法并不可取！作者隨后對(duì)消毒效果不錯(cuò)的加熱處理、蒸汽處理和紫外處理進(jìn)行了循環(huán)研究，發(fā)現(xiàn)蒸汽處理的熔噴布在初始幾個(gè)循環(huán)過(guò)程中過(guò)濾效率保持地較好和較高，而后面幾個(gè)循環(huán)中急劇下降。研究后作者發(fā)現(xiàn)，水分子與熔噴布纖維不長(zhǎng)時(shí)間接觸或不過(guò)多接觸不會(huì)對(duì)纖維表面的靜電電荷產(chǎn)生明顯地減少作用。因此，作者接下來(lái)系統(tǒng)地研究了處理過(guò)程中加熱溫度和濕度對(duì)熔噴布過(guò)濾性能的影響。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加熱處理時(shí)濕度對(duì)熔噴布的過(guò)濾效率沒(méi)有太大的影響，而加熱溫度在75~100℃區(qū)間內(nèi)時(shí)，熔噴布在經(jīng)過(guò)多次循環(huán)試驗(yàn)后，其過(guò)濾效率可以得到很好的保持。例如在在溫度為85℃、濕度為30%的條件下處理20次(每次20 min)后，N95口罩的過(guò)濾效率仍達(dá)96.79 % [圖4(B)和(C)]。但是溫度過(guò)高時(shí)會(huì)使纖維的靜電電荷含量降低，這可能是高溫使極化狀態(tài)的纖維恢復(fù)到松弛狀態(tài)導(dǎo)致的。最后，作者研究了紫外循環(huán)處理對(duì)熔噴布過(guò)濾效率的影響，發(fā)現(xiàn)過(guò)多的循環(huán)也會(huì)導(dǎo)致纖維靜電電荷量的下降，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)濾效率的下降。比如，在254 nm，8W的紫外等循環(huán)輻射處理20次后，熔噴布的過(guò)濾效率下降至93%，低于N95的標(biāo)準(zhǔn)。
【總結(jié)】
采用簡(jiǎn)單的加熱處理(75~100℃，干燥或濕潤(rùn)環(huán)境)可以有效地保證N95口罩的過(guò)濾效率，并且經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后，其過(guò)濾效率仍然可以得到很好地保持。而采用消毒溶液直接對(duì)N95口罩進(jìn)行消毒的方法會(huì)大幅度降低熔噴布的靜電電荷量，進(jìn)而大大降低口罩的過(guò)濾效果。而短暫的蒸汽和紫外處理不會(huì)明顯影響熔噴布的靜電電荷量和N95口罩的過(guò)濾效率。
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